基于FactoryTalk View的远程故障诊断系统的应用研究*

张　涛，黄善杰（中国科学院云南天文台 光电实验室，云南 昆明 650011）

基于FactoryTalk View的远程故障诊断系统的应用研究*

张涛，黄善杰
（中国科学院云南天文台 光电实验室，云南 昆明 650011）

介绍了以罗克韦尔的DeviceNet现场总线为基础的条件下，利用FactoryTalk View套件部署相应类型监控、管理系统，并介绍了整个部署的流程。同时给出了实现远程诊断的解决方案。

部署；总线；诊断；远程

0　引言

DeviceNet是罗克韦尔公司推出的第五代现场总线标准之一，第五代现场总线系统具有开放性、分散性、扩展性等诸多优点［1］，受到了众多设备厂商的青睐。对于应用企业而言，分散性最直接的好处就是风险分散，不会因为一个设备的损毁导致整个系统的损坏。扩展性意味着给企业设备的日后升级带来了极大的便利。通信标准的开放性意味着有众多终端设备可供选择，设备价格也必然实惠。

企业在享受诸多优点的同时也面临一个重要的问题，就是整个工业控制系统的运行维护。由于现场总线系统是由众多分散的终端构成的，即便一个很小的系统也是由几十个甚至几百个终端构成的。如何有效地管理、监控这些终端，以及故障发生时如何快速地锁定故障源，将是企业必须解决的一个问题。罗克韦尔的FactoryTalk View Studio开发套件将有效解决上述问题，它采用一种直观的方法管理系统、维护系统。下面介绍FactoryTalk View的系统架构，以及如何部署该管理系统。如图1所示，FactoryTalk View管理系统可分为网络版、单机版、机器版。

图1　部署类型

下面分别介绍网络版、本地版的特点，以及分别适合部署什么类型的系统。

1　网络版

该版本适合N+N的结构，第一个N指的是N个人机接口服务器（HMI Sever），其主要功能是作为图形服务。第二个N指的是数据服务器，通常用于与现场设备的通信，其通信一般采用两种方式：一种是Rslinx Enterprise；另一种是过程控制（OPC）通信方式。网络版较为适合分散式的系统部署，一般用于大型工矿企业。为了更好地说明问题，这里给出一个简单的例子：一个汽车厂可以划分为几个区域，冲压装配区域、主体车间区域、喷涂车间区域、发动机区域、传输区域。在这种情况之下较为适合采用网络部署的方式，它可以让整个系统结构清晰，工作效率最高。

应用FactoryTalk View部署网络版系统，一般需要创建域、HMI服务器创建、数据服务器、远程通信几个步骤。

1.1创建域

让每个域对应一个工厂区域，这样每个域就可以管理一个固定的过程控制区，下面以一个汽车装配厂为例来创建区域分布。创建A area对应冲压装配区、B area对应主体车间区、C area对应喷涂车间区等，如图2所示。

图2　域分布

1.2HMI服务器创建

在每个域中可以创建一个HMI服务器以及多个数据服务器，HMI服务器的创建如图3所示。

图3　HMI服务器创建

HMI服务器提供图形服务，图形开发工作也主要集中在HMI服务器上，该服务器提供以下几个主要功能。

1.2.1标签管理

标签是所有开发的基础，HMI从 Data Sever获得现场数据以后以标签的形式实现现场数据与标签的一一对应关系，图形的相应动作也是根据标签值来实现的。标签的创建如图4所示。

在图4中创建了标签 Light，它与可编程逻辑器件（PLC）中的继电器模块的某一位（例如：A1：0/1）相对应，Light与图形画面相关联，画面中的小灯的颜色将由Light反映，当 Light=1时小灯为红，当 Light=0时小灯变绿。Light与A1：0/1是相对应的，这样操作员只需要在值班室就可以完全知道全厂设备的工作状态。当错误状态发生时，值班室的声光报警系统将启动，操作员可以准确地发现故障源以及发生的位置，使其在故障处理时成为依据。

图4　标签创建

1.2.2图形编辑

图形编辑界面是实现图形绘制的部分，上面所说的小灯的外形以及颜色就在该区域进行绘制。一般图形界面所绘制的图形是厂区布局、状态的直接反映，完全可以在电脑上绘制一个虚拟工厂，这个工厂就是现实工厂的实时反映。

图5就是某工厂车间的虚拟界面，这个界面完全对应真实的生产状态。通过这样的方式，一个操作员、一台电脑就可以管理这个厂区，以这种方式工作必将大大节省人力物力。

图5　虚拟工厂

1.2.3标签报警

标签报警是标签数据异常的反映，当标签值超过了指定阈值时报警将发生，并将异常值写入故障数据库，趋势图将根据数据库中的数据绘制故障趋势，通过趋势图生产管理者就可以得出一些结论，例如：通过温度趋势图，管理者就可以发现什么温度容易导致设备故障，或者生产效能低下，这样便可以指导将来的设备改造。图6是标签报警设置界面。

图6　标签报警设置

1.2.4衍生标签

有时状态信息并不是某一标签的直接反映，而是多个标签的某种逻辑关系，这样衍生标签将是一种有效的处理方法。通过衍生标签就可以逻辑编程的方式实现所需的逻辑关系。图7为衍生标签界面。

图7　衍生标签

1.3数据服务器

上面介绍了一些HMI服务器的有关内容，其大部分内容都与标签有关。但是如何从现场设备获取标签数据呢？数据服务器是数据源的提供者，本文介绍的现场设备使用的是 DeviceNet现场总线技术，现场PLC通过扫描模块不断扫描现场设备的状态信息，然后数据库通过OPC服务器或者 Rslinx Enterprise服务器获取PLC提供的数据，最终形成了图8所示的结构。

图8　数据服务器通信模型

图8中OPC服务器和数据服务器采用的是OPC的通信方式。下面简要介绍OPC。OPC是用于过程控制的一个工业标准，它是包括一整套接口、属性和方法的标准集，用于过程控制和制造业自动化系统。它的出现为基于 Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁［2］。在过去，为了存取现场设备的数据信息，每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备种类繁多，且产品不断升级，往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要，系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。因此，OPC标准应运而生。

建立 OPC的通信需要两个步骤，首先在 FactoryTalk View中需要选择OPC通信协议，如图9所示；其次建立OPC Server服务器。OPC Server通过罗克韦尔Rslinx建立，Rslinx是罗克韦尔开发的设备网关，通过它可以与罗克韦尔的硬件产品进行通信，其如何与硬件通信并不需要关心，Rslinx中已经完成了这个过程，只需要通过相关的组态软件，便可完成硬件系统的组态工作。

图9　OPC数据通信

图10是 OPC服务器的创建界面，OPC服务器创建以后就可以在 FactorYtalk中看到新建的服务器，选择它就可实现OPC通信。

图10　Rslinx OPC服务器

1.4远程通信

远程通信的方案很多，本文介绍一种经济实惠的通信方案。传统的通信方案需要租赁固定的IP，这样必将增加维护成本。利用虚拟网络隧道（VPN）的方式可以免除固定IP的租赁，并且VPN采用了诸多有效的加密协议，可以很好地保证通信的安全性［3］。VPN网络的组建也不复杂，只需要购买两个VPN路由，在路由器的管理界面选用一种适合自己的VPN协议便可。具体的操作过程需要参看VPN路由的手册。网络组建以后便可以实现网络两端的设备成为同一局域网，最终可以利用FactoryTalk软件实现网络部署。这样北京总部即可实时监控广州工厂设备的运转状态，北京的技术部也可以高效快捷地处理广州工厂中的设备故障。

至此，已经介绍了整个远程故障诊断系统的部署流程。通过这个系统可以有效地实现设备的远程监控、管理，利用VPN网络工程师可以在世界上的任何一个地方接入系统，随时为厂区设备提供技术支持。这种技术在国外已经得到广泛的应用，而国内却刚刚起步，如果这种技术得到广泛的应用，势必对国内的生产带来深远的意义。

2　本地版

本地版和网络版的区别不是太大，唯一的区别是，本地版不能建立域的概念，准确地说是只能建立一个域，只能实现1+N的结构——一个HMI服务器，N个数据服务器。这种架构适合规模不是太大，也没有太多的区域划分的工厂，只通过一个域来进行统一管理。其他部分，本地版部署的技术细节与网络版一致［4］。下面简单介绍一下云南天文台一米红外太阳塔的系统部署，其所采用的就是本地部署的方案，如图11所示。

从图11可以看出，该系统的HMI和Data服务器是在一台计算机上的SLC500处理器，通过现场总线扫描每个子站以及子站下面挂设的终端信息，最终通过OPC提交给 Data Sever，HMI Sever再从 Data Sever获取数据信息进行数字化图形显示。最后客户端再在局域网内与HMI Sever交互，最终操作员、工程师可以获取现场设备信息，如再增加VPN通信，便可顺利地实现远程通信、诊断、监控。

图11　云南天文台系统部署

3　结论

本文旨在通过研究给工矿企业的系统设计提供一些有用的建议，同时也为推动我国的电气自动发展贡献一些微薄的力量。

［1］钱晓龙，李晓理.SLC500控制系统与 PanelView训练课程［M］.北京：机械工业出版社，2008.

［2］钱晓龙.NetLinx网络架构［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［3］王春海.VPN网络组建案例实录［M］.北京：科学出版社，2011.

［4］罗克韦尔.FactoryTalk View SE用户手册［Z］.2011.

图3　无线油井检测模块软件流程图

4　结论

经实践证明，使用基于STM32和GPRS无线油井监控器达到了较好的效果，采用 GPRS无线通信，免去控制线的布线繁琐。监控器模块对油机供电网络掉电或异常检测并发送报警，避免了不必要的故障查找。监控器模块可输入指定的区别名称，当发送故障时，可直接定位到具体的线路。监控器模块带有独立运行系统，也可脱离监控中心独立执行命令。当监控中心发生停电或者其他系统故障以及移动网络临时故障时，监控器模块可独立执行任务，例如直接给管理员发送手机短信提示故障。也可在现有系统上直接升级为控制系统，避免重复投资。

参考文献

［1］胡长晖，叶梦君.基于 GPRS和广域 IP的数据采集系统设计［J］.信息技术，2011（2）：93-95.

［2］任志国，林立.基于 MCU的抽油机节能控制仪表与控制技术［J］.仪表技术，2005（4）：66-67.

［3］意法半导体.STM32F10x-StdPeriph-Lib［EB/OL］.［2012-3-02］（2014-11-01）.http//www.st.com/internet/com/internet/com/SOFTWARE_RESOURCES/SW_COMPONENT/FIRMWARE/stm32 f10x_stdperiph_lib.zip.

［4］芯讯通无线科技有限公司.SIM900_AT command manual_V1.05［EB/OL］.［2011-10-31］（2014-11-01）.http：//wm.sim.com/Sim/FrontShow_en/wireless/detail.aspx？cid=6＆nid=770.

（收稿日期：2014-11-19）

作者简介：

陈琦（1982-），通信作者，男，本科，工程师，主要研究方向：继电保护和电力电子产品开发。E-mail：chenliantong@163.com。

丁丽娜（1982-），女，博士，工程师，主要研究方向：单片机及嵌入式技术。

The application of remote fault diagnosis system based on FactoryTalk View research

Zhang Tao，Huang Shanjie
（Laboratory of Optorelectronics，Yunnan Observatories，Chinese Academy of Sciences，Kunming 650216，China）

This paper introduces in the rockwell DeviceNet fieldbus based conditions，how to make use of FactoryTalk View suite to deploy monitoring and management system，and introduces the overall process of the deployment.At the same time，it puts forward how to realize the remote diagnosis of the solution.

deployment；fieldbus；diagnose；remote

TP306

A

1674-7720（2015）06-0003-04

2014-11-19）

张涛（1981-），男，硕士，工程师，主要研究方向：电子科学技术。

黄善杰（1984-），男，硕士，工程师，主要研究方向：热控技术。

青年国家基金项目（ 11103076 ）